農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)土地治理項(xiàng)目渠系建筑物規(guī)劃設(shè)計(jì)指南

農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)土地治理項(xiàng)目渠系建筑物規(guī)劃設(shè)計(jì)指南1.1一般規(guī)定（1）灌排建筑物的位置應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、作用、運(yùn)行特點(diǎn)和灌區(qū)總體布置的要求，選在地形條件適宜和地質(zhì)條件良好的地點(diǎn)。（2）灌排建筑物的布置應(yīng)滿足灌排系統(tǒng)水位、流量、泥沙處理、施工、運(yùn)行、管理要求和適應(yīng)交通、航運(yùn)和群眾生產(chǎn)、生活需要，宜采用聯(lián)合建筑的形式。（3）灌排建筑物的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、作用和運(yùn)行要求，結(jié)合建筑材料來源和施工條件等因素因地制宜選定。（4）4、5級(jí)灌排建筑物設(shè)計(jì)可采用與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況相適應(yīng)的定型設(shè)計(jì)，有條件時(shí)宜采用裝配式結(jié)構(gòu)。（5）灌溉建筑物應(yīng)按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)，按加大流量驗(yàn)算；排水建筑物可只按設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)。（6）作用于灌排建筑物的荷載一般包括結(jié)構(gòu)自重、水重、土重、內(nèi)外水壓力、土壓力、溫度變化及混凝土收縮引起的應(yīng)力、地震作用等，水閘、倒虹吸、涵洞還應(yīng)計(jì)及基底揚(yáng)壓力，渡槽還應(yīng)計(jì)及風(fēng)壓力、漂浮物的撞擊力等，陡坡還應(yīng)計(jì)及水流脈動(dòng)壓力和拖拽力等。荷載組合應(yīng)根據(jù)灌排建筑物的運(yùn)行條件、施工階段的實(shí)際情況及各種荷載同時(shí)作用的實(shí)際可能性劃分為基本組合和特殊組合，但地震荷載不應(yīng)與其它特殊荷載組合。（7）1.2水閘1.2.1水閘分類水閘是調(diào)節(jié)流量和水位的建筑物。它的型式很多，按其用途可分以下幾種：（1）進(jìn)水閘——從河道引水灌溉農(nóng)田，常需在干渠首修建水閘來調(diào)節(jié)入渠流量，這種閘叫做進(jìn)水閘。（2）節(jié)制閘——位于干、支渠分水口下游的渠道上，它的用途是抬高節(jié)制閘上游水位，保證下一級(jí)渠道能引入所需流量。當(dāng)下游渠段發(fā)生事故時(shí)，可用它來截?cái)嗲浪鳎ＷC下游渠系安全。（3）分水閘——位于支、斗渠首部，也就是支、斗渠的進(jìn)水閘。它的用途是調(diào)節(jié)干、支渠引到下一級(jí)的流量，和節(jié)制閘布置在一起。（4）泄水閘——位于渠首、渠道中有利地形處，或排水渠末端。其作用是宣泄多余水量及沖走渠首或渠道內(nèi)淤積的泥沙。1.2.2水閘結(jié)構(gòu)無論哪種水閘，通常是由閘室，上游連接段，下游連接段三大部分組成。閘室是水閘的主體，它的作用是設(shè)置閘門，控制水流；上游連接段的作用是使進(jìn)閘水流平順及防止水流滲透和沖刷；下游連接段的作用是使出閘水流平順及防止水流對(duì)下游渠底及岸坡沖刷。水閘的總體布置是水閘設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過充分調(diào)查研究，反復(fù)修改，進(jìn)行多個(gè)方案的比較。水閘的設(shè)計(jì)大致可以分成這樣幾步：（1）根據(jù)渠系規(guī)劃，選定閘址位置、方向。（2）根據(jù)水閘和它上下游的關(guān)系，選定水閘型式，決定上下游設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流速。（3）根據(jù)設(shè)計(jì)水位和流量以及地形、地質(zhì)條件，決定水閘底板高程和總寬度。（4）進(jìn)行閘室和上下游連接段的布置。（5）進(jìn)行消能設(shè)計(jì)。（6）進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)，布置地下輪廓。（7）通過結(jié)構(gòu)計(jì)算，確定水閘細(xì)部尺寸和配筋。1.2.3水閘輪廓尺寸（1）底板底板在順?biāo)鞣较蛞话愫烷l墩一樣長(zhǎng)，大多數(shù)水閘底板是平底的。大中型水閘的平底板都是鋼筋混凝土材料的，對(duì)于閘孔寬度在2.5米以下的水閘，也可采用漿砌石或素混凝土材料。當(dāng)閘的水頭較低及地基較好時(shí)，通常將底板和閘墩用沉陷縫分開。此時(shí)閘的全部重量便通過閘墩直接傳至地基。如水頭較高或地基較差時(shí)，則將底板和閘墩連在一起,或在閘孔中心處分縫。這時(shí)閘自身重量便通過閘墩和底板傳至地基上，因而可減小地基應(yīng)力和閘身的沉陷。當(dāng)?shù)装迮c閘墩用縫分開時(shí)，底板不承受由于閘身重量所造成的地基反力，因而一般可不進(jìn)行底板的內(nèi)力計(jì)算和強(qiáng)度校核，只須要校核其在滲透壓力作用下的抗浮穩(wěn)定性。如底板與閘墩連成整體，底板將承受地基反力，板內(nèi)便存在著彎矩和拉應(yīng)力，因而需要進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和強(qiáng)度復(fù)核。水閘的底板厚度可取閘孔凈寬的1/6～1/8。小型水閘厚度一般為0.3米～0.8米。底板上游端和下游端一般都做有齒墻，深度0.5米～1.2米，以增加閘身的抗滑穩(wěn)定性，并加強(qiáng)底板的剛度；同時(shí)也可增加沿閘底的滲透途徑，避免滲透破壞。底板的沉陷縫應(yīng)有一定的寬度，以免由于不均勻沉陷而發(fā)生相互擠壓。沉陷縫寬度一般為1厘米～2.5厘米，縫內(nèi)常用瀝青木板隔開。在防滲段的沉陷縫內(nèi)必須設(shè)止水，以保證防滲段的連續(xù)性。止水可用銅片或塑料止水帶。（2）工作橋工作橋一般為預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)跨度較小時(shí)采用預(yù)制的混凝土板，當(dāng)跨度較大時(shí)則常采用預(yù)制的鋼筋混凝土“T”形梁。（3）交通橋當(dāng)有交通要求時(shí)，按交通要求確定其寬度。橋面結(jié)構(gòu)一般為預(yù)制的鋼筋混凝土梁板，其形狀有矩形、“T”形、“Π”形或空心板等。1.2.4水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算水閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，在《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001）中已有詳細(xì)的說明。這里不再介紹。水閘上、下游連接段各部位結(jié)構(gòu)尺寸，可參考附錄九選取。1.3渡槽（1）渠道跨越河流、渠溝、洼地、道路，采用其他類型建筑物不適宜時(shí)，可選用渡槽。（2）渡槽軸線應(yīng)短而直，進(jìn)、出口應(yīng)與上、下游渠道平順連接。（3）渡槽進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)漸變段，漸變段長(zhǎng)度可分別取渠道與渡槽水面寬度差值的1.5～2倍和2.5～3倍。1、2級(jí)渡槽的進(jìn)、出口漸變段布置，宜通過水工模型試驗(yàn)確定。（4）渡槽槽身橫斷面宜采用矩形或U形。梁式渡槽滿槽時(shí)槽內(nèi)水深與水面寬度的比值：矩形斷面可取用1.6～0.8；U形斷面可取用0.7～0.9；拱式渡槽可適當(dāng)減小。槽身過水?dāng)嗝娴钠骄魉僖丝刂茷?.0～2.0米/秒。`（5）渡槽過水能力及總水頭損失可按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中附錄M所列公式計(jì)算。通過加大流量時(shí)，進(jìn)槽水位允許壅高值可取進(jìn)槽水深的1％～3％。（6）矩形斷面渡槽槽身頂部超高可取槽內(nèi)水深的1/12加5厘米；U形斷面渡槽可取槽身直徑的1/10。（7）現(xiàn)澆鋼筋混凝土渡槽槽身應(yīng)根據(jù)其縱向支撐型式分節(jié)。在渡槽槽身與上、下游渠道連接處，梁式渡槽各節(jié)之間或拱式渡槽各跨槽墩（臺(tái)）頂部，均應(yīng)設(shè)置伸縮縫。梁式渡槽槽身伸縮縫的間距宜取8～20米，拱式渡槽槽身伸縮縫應(yīng)根據(jù)其跨度大小設(shè)在拱頂、三分點(diǎn)（或1/4拱跨）處。伸縮縫內(nèi)應(yīng)設(shè)防滲止水。止水型式可選用埋入式、壓板式或套環(huán)式。（8）渡槽的支承結(jié)構(gòu)可根據(jù)地形、地質(zhì)、跨度、高度、當(dāng)?shù)夭牧虾褪┕l件等，選用墩式、排架式、拱式、懸吊式或斜拉式。（9）渡槽與公路橋結(jié)合時(shí)，槽身布置應(yīng)滿足公路交通的要求；渡槽跨越通航河流、公路或鐵路時(shí)，槽下凈空應(yīng)滿足航運(yùn)和交通的要求。（10）渡槽可根據(jù)地質(zhì)條件、上部荷載、水流沖刷影響等，選用剛性基礎(chǔ)、柔性基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)或沉井基礎(chǔ)。1.4倒虹吸（1）渠道穿越河流、渠溝、洼地、道路，采用其他類型建筑物不適宜時(shí)，可選用倒虹吸。（2）倒虹吸宜設(shè)在地形較緩處，應(yīng)避免通過可能產(chǎn)生滑坡、崩塌及其他地質(zhì)條件不良的地段。（3）倒虹吸軸線在平面上的投影宜為直線，并宜與河流、渠溝、道路中心線正交，進(jìn)、出口應(yīng)與上、下游渠道平順連接。（4）倒虹吸進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)漸變段，其長(zhǎng)度可分別取上、下游渠道設(shè)計(jì)水深的3～5倍和4～6倍。1～3級(jí)倒虹吸進(jìn)口漸變段宜為封閉式，出口應(yīng)設(shè)閘門控制，出口漸變段可結(jié)合設(shè)置消力池，其下游渠道應(yīng)護(hù)砌3～5米長(zhǎng)度。（5）倒虹吸可根據(jù)地形、地質(zhì)條件和穿越河流、渠溝、道路的具體情況等，選用埋式或橋式。地埋式倒虹吸應(yīng)埋入地面以下0.5～0.8米；穿越河流時(shí)，應(yīng)埋入設(shè)計(jì)洪水沖刷線0.5米以下；穿越渠溝、道路時(shí)，應(yīng)埋入渠溝底面或道路路面以下1米。橋式倒虹吸的橋下凈空和橋面，必要時(shí)應(yīng)滿足行洪、通航和車輛通行的要求。（6）倒虹吸橫斷面宜采用圓形，流量大、水頭低時(shí)，也可采用矩形。（7）倒虹吸可根據(jù)流量、水頭、建筑材料及施工條件等，選用混凝土管、鋼筋混凝土管、鋼套筒混凝土管、玻璃鋼管或鋼管。高差較大或管段較長(zhǎng)的情況下，也可分段采用不同管材。管壁厚度應(yīng)根據(jù)水頭、管徑及管材許可應(yīng)力等計(jì)算確定。（8）倒虹吸通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，斷面平均流速應(yīng)根據(jù)上、下游允許水頭損失，水流含沙量及顆粒組成，以及防止管內(nèi)產(chǎn)生淤積等因素確定，且宜控制在1.5～2.5米/秒。（9）倒虹吸過水能力及總水頭損失可按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中附錄N所列公式計(jì)算。（10）現(xiàn)澆鋼筋混凝土倒虹吸的分節(jié)應(yīng)根據(jù)地基、施工、溫度等條件確定、各節(jié)之間以及首、末節(jié)與進(jìn)、出口連接處應(yīng)設(shè)置伸縮沉降縫，土基上縫距宜取15米～20米，巖基上縫距可取10米～15米，縫內(nèi)應(yīng)設(shè)防滲止水。（11）倒虹吸管床可采用分層夯實(shí)的碎石、三合土或素土。1.5跌水與陡坡（1）渠道（排水溝）經(jīng)過陡峻的地段時(shí)，可設(shè)置跌水或陡坡。（2）跌水或陡坡的型式應(yīng)根據(jù)跌差和地形、地質(zhì)等條件確定、跌差小于或等于5米時(shí)，可采用單級(jí)跌水或單級(jí)陡坡；跌差大于5米，采用單級(jí)跌水或單級(jí)陡坡不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用多級(jí)跌水或多級(jí)陡坡。（3）跌口前應(yīng)設(shè)與上游渠道（排水溝）連接的收縮段或擴(kuò)散段，其長(zhǎng)度Le應(yīng)根據(jù)上游渠道（排水溝）底寬B和水深h的比值確定。B/h小于2時(shí)，Le可取2.5h；B/h等于2～2.5時(shí)，Le可取3h；B/h大于2.5時(shí)，Le可取3.5h。收縮段或擴(kuò)散段底部邊線與渠道（排水溝）中心線的夾角不宜大于45°。（4）跌口可采用矩形、梯形或臺(tái)堰形。渠道流量變化很小或必須設(shè)閘門控制時(shí)，可采用矩形跌口，清水渠道上也可采用臺(tái)堰形跌口；渠道流量變化較大或者變化頻繁時(shí)，宜采用梯形跌口。跌水墻宜采用重力式。跌水消力池橫斷面可采用矩形、梯形或折線形。（5）單級(jí)跌水過水能力級(jí)消能可按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中附錄Q所列公式計(jì)算。（6）多級(jí)跌水可按水面落差相等或臺(tái)階跌差相等的原則分級(jí)，每級(jí)高度不宜大于5米。（7）陡坡宜采用等底寬式；受地質(zhì)或其他條件限制時(shí)，可采用陡槽末端底部擴(kuò)散或收縮的變底寬式；跌差為2.5米～5米、采用變底寬式陡坡消能效果不佳時(shí)，也可采用陡槽上段底部擴(kuò)散、下段底部收縮的菱形陡坡。陡槽底部擴(kuò)散角宜取5°～7°，收縮角宜取10°～15°。（8）陡槽槽底坡降可取1/2.5～1/5，但陡坡傾角必須小于或等于地基土壤的內(nèi)摩擦角。（9）陡槽橫斷面宜采用矩形，陡槽邊墻較高時(shí)可采用梯形。梯形很斷面邊坡坡度應(yīng)陡于1:1。陡坡消力池可采用等底寬式或逐漸擴(kuò)散的變底寬式，橫斷面可采用矩形、梯形或折線形。（10）單級(jí)等底寬陡坡的過水能力及消能可按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中附錄Q的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。（11）陡槽應(yīng)每隔5米～50米設(shè)一道伸縮縫，伸縮縫處底板下應(yīng)設(shè)齒墻，縫內(nèi)應(yīng)設(shè)防滲止水。（12）跌水消力池、陡坡陡槽和消力池的側(cè)墻（邊墻）后以及底板下有較大的滲透壓力時(shí)，在底板下和側(cè)墻（邊墻）的后半部位均應(yīng)設(shè)排水設(shè)施。（13）跌水和陡坡的消力池出口處均應(yīng)設(shè)1:3～1:5的仰坡，并采用連接段和整流段與下游渠道（排水溝）連接。連接段邊墻的收縮角宜為20°～40°；整流段長(zhǎng)度不應(yīng)小于下游渠道（排水溝）水深的3倍，其斷面應(yīng)與下游渠道（排水溝）斷面一致。1.6引水水陂工程水陂（擋水型重力式低壩）在水利水電工程中使用很普遍，硬殼陂是低水頭的水利工程中廣泛采用的陂型之一。水陂的類型，按砌筑材料分漿砌石陂及砼陂。陂身內(nèi)部可用砂、石料堆筑或砼澆筑而成。壩頭形狀，可分實(shí)用堰型或?qū)掜斞咝?。由于山區(qū)河道、交通不便，有時(shí)陂頂亦兼作交通道，因而在條件允許的情況下盡可能做得寬一些。水陂規(guī)劃設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：一是水文資料短缺；二是地質(zhì)資料不全，往往只憑集雨面積的大小和看得著的河床覆蓋而定，除明顯的露頭巖基外，均作為軟基礎(chǔ)考慮。水陂構(gòu)造一般由上游粘土鋪蓋（防滲）—陂（壩）身—下游消力坎或護(hù)坦（防沖）及兩岸翼墻、放水閘等組成。上游設(shè)置粘土鋪蓋，其長(zhǎng)度不少于3～5倍陂高，以防止此類型硬殼陂滲徑短而引起“管流”導(dǎo)致陂身流空。陂（壩）身由穩(wěn)定分析計(jì)算定。下游消力坎或護(hù)坦及護(hù)岸長(zhǎng)度是按設(shè)計(jì)面流的條件而選定。其他各數(shù)據(jù)可參照漿砌石壩或砼壩的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算定。排水孔的進(jìn)口必須有可靠的反濾，以保證排水暢通。水陂的水文計(jì)算及水力計(jì)算等一般較粗略，此因設(shè)計(jì)要有一定安全系數(shù)及足夠的過流能力，以免造成上游淹沒或其它不必要的損失。水陂設(shè)計(jì)以實(shí)用為主，選址要結(jié)合地形地質(zhì)條件，既要滿足山洪暴發(fā)時(shí)的過流能力，又要盡量節(jié)約投資。對(duì)于淤積嚴(yán)重的河段，要設(shè)沖砂閘。一般有條件的應(yīng)設(shè)放空閘，以便今后水陂維修。兩岸上下游翼墻及護(hù)坡護(hù)岸，一般為漿砌石擋墻或砌石護(hù)坡，長(zhǎng)度及型式根據(jù)實(shí)際情況定，一般不小于15米。1.7量水設(shè)施21世紀(jì)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是灌溉管理走向現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化。量水是管理的重要內(nèi)容之一，目前自動(dòng)量水技術(shù)的研究開發(fā)尚處于發(fā)展階段。渠道量水設(shè)施安量水建筑物的結(jié)構(gòu)形式與水流的特點(diǎn)，一般可分為量水堰、量水槽、量水計(jì)和涵閘量水四大類。本指南只介紹渠道較多采用的量水槽。其他量水類型可參考有關(guān)水力學(xué)文獻(xiàn)。量水槽是一種由明渠收縮段構(gòu)成的量水設(shè)備。收縮段的作用是使水流通過量水槽時(shí)形成臨界流，并具有不受下游水流條件影響的單一水位流量關(guān)系。U形渠道拋物線形喉口式量水堰量水槽結(jié)構(gòu)形式及選型設(shè)計(jì)計(jì)算公式。拋物線喉口式量水槽其測(cè)流原理是使水流在量水槽拋物形喉口斷面形成收縮，產(chǎn)生臨界流，從而在槽前構(gòu)成穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。量水槽的基本結(jié)構(gòu)如圖如圖8-2所示，由拋物線形喉口斷面、上下游漸變段和水尺組成，喉口斷面、上下游漸變段和水尺組成，喉口斷面底部與渠底齊平，為無底坎型。量水槽上下游由原U形渠道斷面形狀漸變?yōu)閽佄锞€形喉口形狀，再?gòu)膾佄锞€喉口漸變?yōu)榕c下游U形渠道斷面形狀吻合。量水槽的主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸有喉口斷面拋物線方程的形狀參數(shù)p、決定喉口斷面大小的收縮比ε和上下游漸變段長(zhǎng)度L（米）。設(shè)計(jì)前須確定U形渠道底弧半徑r（米）、側(cè)壁直線段外傾角α或底弧圓心角θ、渠道糙率n和底坡i、渠道設(shè)計(jì)流量Q（立方米/秒）及正常水深h0（米），計(jì)算公式分述如下。喉口斷面拋物線方程拋物形狀系數(shù)拋物線形喉口斷面面積漸變段長(zhǎng)度（上下游相等）；當(dāng)計(jì)算的L小于30厘米時(shí)，取30厘米喉口斷面頂寬渠口寬水頭測(cè)量斷面即水尺距喉口距離L1＝L+（1～2）H式中y、x———以槽底為原點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)，米；P—————拋物線形狀系數(shù)，m-1；H—————U形渠道襯砌深度，米；ε—————量水槽喉口斷面收縮比（喉口全斷面面積Ap與渠道全斷面At之比），其值由表8-1確定；Bp—————量水槽拋物線喉口斷面頂寬，米；B1—————U形渠道渠口寬，米；T—————U形渠道底弧弓高，米；θ—————U形渠道底弧圓心角（°）；其余符號(hào)含義同前。標(biāo)準(zhǔn)U形渠道量水槽選型時(shí)，可根據(jù)實(shí)測(cè)的U形渠道斷面尺寸（渠深H、底弧半徑r、底弧中心角θ）及渠道比降，參照表8-1初選喉口斷面收縮比ε。表8-1中收縮比ε系指糙率n＝0.015的渠道，當(dāng)糙率≤0.013時(shí)，所選ε值增加0.05；當(dāng)n≥0.017時(shí)，ε值減少0.05；量水槽下游有跌水或陡坡時(shí)，選取的ε值與底坡和渠道型號(hào)無關(guān)，可取0.60～0.65.ε選定后，即可根據(jù)式上述介紹的公式確定量水槽各部分的結(jié)構(gòu)尺寸。初選的收縮比ε值必須量水槽在通過加大流量時(shí)自由出流，即淹沒度（量水槽下游渠道正常水深與上游水尺水深之比）小于0.88，否則應(yīng)加大ε值5%，再重新計(jì)算量水槽尺寸，檢驗(yàn)淹沒度，直至滿足淹沒深度要求。量水槽下游水深可根據(jù)流量、渠道糙率、過水?dāng)嗝娉叽绨疵髑鶆蛄髡Ｋ钣?jì)算確定。圖8-1U形渠道拋物線形喉口式量水槽結(jié)構(gòu)表8-1中未列出的U形渠道可比照與該表中相近的渠道型號(hào)擬定ε進(jìn)行量水槽設(shè)計(jì)。表8-1U形渠道型號(hào)與量水槽喉口收縮比ε關(guān)系（n＝0.015）型號(hào)比降D30H40D40H50D50H55D60H60D70H70D80H801/3000.650.700.700.701/4000.600.650.700.700.701/5000.550.550.600.650.650.651/6000.500.500.550.600.600.601/7000.450.500.500.550.550.5